KR102520506B1 - 세탁기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세탁기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 세탁기 내에 투입되는 세탁물에 대하여, 모터 동작 중 작용하는 중력과 관성을 이용하여 세탁물의 양을 측정함으로써 정확한 세탁물의 양 산출이 가능하고, 세탁물의 초기 위치 및 세탁물의 유동에 의한 영향을 최소화하고, 동작중인 모터의 전류값을 이용함으로써 센서리스 특성에 관계없이 세탁물의 양을 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은, 저속에서 회전속도를 단계적으로 제어함으로써, 진동으로 인한 편차문제를 해소하고, 저속의 유지구간을 통해 중력특성에 의한 세탁물의 양을 효과적으로 산출하고 가속구간의 관성특성을 이용할 수 있으므로 정확한 세탁물의 양 판단이 가능하므로 탈수동작으로 용이하게 진입할 수 있고, 그에 따라 세탁시간이 감소하여 에너지를 절약하는 효과가 있다.

Description

세탁기 및 그 제어방법{Washing machine and method for controlling washing machine}
본 발명은 세탁기 및 그 제어방법에 있어서, 세탁기 내에 투입되는 세탁물의 양을 감지하는 세탁기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁기는 세탁, 탈수 및/또는 건조 등의 여러 작용을 통해 세탁물을 처리하는 장치이다.
세탁기는 세탁물이 수용되는 드럼에 일정량의 세탁수를 공급하고 세탁수에 적당량의 세제를 용해시켜 상기 세탁물에 묻은 오염물이 상기 세제와의 화학 작용에 의해 제거되도록 하고, 세탁물이 수용된 세탁조가 회전됨에 따라 상기 세탁수와 세탁물이 기계적인 마찰 또는 진동을 일으켜 세탁물의 오염물이 용이하게 제거될 수 있도록 한다.
세탁기는 세탁물을 오염을 제어하기 위한 과정으로, 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정을 수행한다. 세탁기는 세탁 과정에서, 탈수행정뿐 아니라, 세탁과 헹굼 행정 중에도 탈수를 수행하여, 세탁물에 포함되는 물을 제거하게 된다.
탈수동작은 모터가 고속으로 회전동작함에 따라, 내부에서 세탁물에 대하여 원심력이 작용함에 따라, 세탁물 내부의 물이 세탁물로부터 제거되는 원리이다.
이러한 탈수 동작은, 모터가 고속으로 회전하는 만큼, 세탁물의 양과 세탁물의 엉킴에 의해 영향을 받게 된다. 세탁물이 많을수록, 고속회전이 어렵고, 많은 세탁물이 엉켜 어느 일측으로 치우치면 언밸런스로 인하여, 고속회전에 의해 세탁기가 손상되는 문제가 발생하게 된다.
그에 따라 세탁기는 탈수 수행 전, 세탁물의 양을 정확하게 판단하여 세탁물의 양에 따라 탈수의 회전속도를 조절한다.
종래의 세탁기는 정지된 모터를 기동시키는 과정에서, 모터에 인가되는 전류를 측정하여 세탁물의 양을 판단하였다.
그러나 기동 시 세탁물의 양을 판단하는 경우, 소량의 세탁물의 양을 구분하기 어렵고, 또한 정지된 상태에서의 초기 세탁물의 위치 및 모터 구동에 의한 세탁물의 이동으로 인하여 측정되는 세탁물의 양이 상이하게 나타나는 문제점이 있다. 특히 세탁물의 양이 많을수록 측정값의 산포가 증가하게 된다.
또한, 센서리스 모터가 구비되는 세탁기는 초기 기동시에는 위치 정렬이 어려우므로 측정되는 세탁물의 양에 대한 산포가 증가하는 원인이 된다. 세탁물의 양에 대한 산포가 증가하는 경우, 산출되는 데이터로부터 세탁물의 양을 구분할 수 없게 된다.
세탁물의 양을 정확하게 측정하지 못하는 경우, 고속으로 동작하는 탈수동작을 수행하는데 많은 시간이 소요되므로, 세탁시간이 증가하고, 그에 따른 에너지 소비량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 세탁기 및 그 제어방법에 있어서, 세탁기 내에 투입되는 세탁물에 대하여 빠르고 정확하게 세탁물의 양을 판단하고, 센서리스 모터가 구비되는 세탁기에서도 세탁물의 양을 정확하게 측정할 수 있으며, 세탁물의 양을 바탕으로 탈수동작이 용이하게 수행되도록 함으로서 세탁시간을 절약하는 세탁기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 세탁기는, 드럼에 연결되어 드럼을 회전시키는 모터, 상기 모터로 동작전원을 인가하여 상기 모터가 동작 또는 정지하도록 하고, 상기 모터의 회전속도를 제어하는 모터구동부, 동작중인 상기 모터의 전류를 측정하는 전류감지부, 상기 드럼 내에 수용된 세탁물의 양을 판단하기 위해, 상기 모터를 제어하기 위한 제어명령을 상기 모터구동부를 인가하고, 상기 전류감지부로부터 입력되는 전류값으로부터 상기 세탁물의 양을 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 모터구동부는 상기 제어명령에 대응하여, 상기 모터가 일정 속도 범위 내에서 회전속도를 유지하고, 가속 및 감속하는 것을 반복하도록 상기 모터를 제어하고, 상기 제어부는 상기 세탁물이 이동하지 않고 일정한 형태를 형성하는 저속의 제 1 속도로부터 상기 세탁물의 일부가 상기 드럼의 벽면에 부착되고 일부는 유동하는 제 4 속도의 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도를 단계적으로 제어하고, 상기 전류감지부로부터 입력되는 전류값을 회전속도에 대한 유지구간, 가속구간, 감속구간으로 구분하고, 구간별 상기 전류값을 분석하여, 상기 세탁물의 양을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세탁기의 제어방법은, 드럼에 수용된 세탁물의 양을 판단하기 위해, 모터를 기동하는 단계, 상기 세탁물을 분산시키는 포분산 단계, 상기 세탁물이 이동하지 않고 일정한 형태를 형성하는 저속의 제 1 속도로부터 상기 세탁물의 일부가 상기 드럼의 벽면에 부착되고 일부는 유동하는 제 4 속도의 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도를 유지, 가속 및 감속하여 회전속도를 제어하는 포량감지단계, 상기 포량감지단계 및, 상기 포분산단계를 설정횟수 반복하는 반복단계 및 상기 제 1 속도 내지 상기 제 4 속도 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도가 유지되는 유지구간, 가속하는 가속구간, 감속하는 감속구간에 대하여, 전류감지부로부터 입력되는 전류값을 구간별로 분석하여 상기 세탁물의 양을 산출하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 세탁기 및 그 제어방법은, 세탁기 내에 투입되는 세탁물에 대하여, 모터 동작 중 작용하는 중력과 관성을 이용하여 세탁물의 양을 측정함으로써 정확한 세탁물의 양 산출이 가능하고, 세탁물의 초기 위치 및 세탁물의 유동에 의한 영향을 최소화하고, 동작중인 모터의 전류값을 이용함으로써 센서리스 특성에 관계없이 세탁물의 양을 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은, 저속에서 회전속도를 단계적으로 제어함으로써, 진동으로 인한 편차문제를 해소하고, 저속의 유지구간을 통해 중력특성에 의한 세탁물의 양을 효과적으로 산출하고 가속구간의 관성특성을 이용할 수 있으므로 정확한 세탁물의 양 판단이 가능해 진다. 그에 따라 단시간에 세탁물의 양을 판단할 수 있어, 탈수동작으로 용이하게 진입할 수 있고, 그에 따라 세탁시간이 감소하여 에너지를 절약하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 사시도이다.
도 2 는 도 1에 도시된 세탁기를 절개한 일부를 도시한 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기에서, 세탁물에 작용하는 힘을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기에서, 세탁물의 양 측정 시, 모터의 속도변화를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6 은 도 5 의 모터의 속도변화를 이용하여 세탁물의 양을 감지하는 방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7은 본 발명의 세탁기의 세탁물의 양 측정을 위한 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 8 는 도 7 의 세탁물의 양 측정 시, 모터의 회전속도를 제어하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 9 는 본 발명의 세탁물의 종류에 따른 세탁물의 양 측정 결과가 도시된 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 사시도이고, 도 2 는 도 1에 도시된 세탁기를 절개한 일부를 도시한 단면도이다.
본 발명의 세탁기(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구성된다.
케이싱(110)은 세탁기(100)의 외관을 형성하는 것으로, 케이싱(110) 내에는 물이 담기는 터브(132)가 매달리고, 터브(132) 내에는 세탁물이 수용되는 드럼(134)이 회전 가능하게 구비된다. 터브(132) 내에 담긴 물을 가열하기 위한 히터(143)가 더 구비될 수 있다.
케이싱(110)은, 세탁기(100)의 외관을 형성하며 전면과 상면이 개방된 캐비닛(111)과, 캐비닛(111)을 지지하는 베이스(미도시)와, 세탁물이 출입할 수 있도록 세탁물 출입홀이 형성되고 캐비닛(111)의 전면에 결합되는 프론트 커버(112)와, 캐비닛(111)의 상측에 구비되는 탑커버(116)를 포함할 수 있다. 프론트 커버(112)에는 상기 세탁물 출입홀을 개폐하는 도어(118)가 구비될 수 있다.
세탁기(100) 외부에서 드럼(134) 내부의 세탁물을 관찰할 수 있도록, 도어(118)에는 글래스(118a)가 구비될 수 있다. 글래스(118a)는 볼록한 형상으로 형성될 수 있고, 도어(118)가 닫힌 상태에서 글래스(118a)의 선단이 드럼(134) 내측까지 돌출될 수 있다.
세제박스(114)는 예비 또는 본 세탁용 세제, 섬유 유연제, 표백제 등의 첨가제를 수용하는 것으로, 케이싱(110)에 인출가능하게 구비된다. 세제박스(114)에는 상기 첨가제들이 서로 섞이지 않고 분리 수용될 수 있도록 복수의 구획된 수용공간이 제공될 수 있다.
드럼(134) 회전시 발생하는 진동이 완충될 수 있도록, 터브(132)는 스프링에 의해 탑커버(116)에 매달릴 수 있고, 또한 터브(132)를 하측에서 지지하는 댐퍼가 더 구비될 수 있다.
터브(132)와 드럼(134) 간에 물이 유동할 수 있도록, 드럼(134)에는 복수의 홀이 형성되고, 드럼(134)의 회전에 따라 세탁물을 들어올렸다가 떨어뜨려질 수 있도록, 드럼(134)의 내주면을 따라 하나 이상의 리프터(134a)가 구비될 수 있다.
드럼(134)은 완전히 수평하게 배치되는 것이 아니라, 드럼(134)의 후방부가 수평보다 밑으로 내려오도록 소정의 기울기를 갖도록 배치될 수 있다.
드럼(134)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 모터가 구비될 수 있다. 모터로부터 제공된 구동력을 드럼(134)에 전달하는 방식에 따라 직접구동방식과 간접구동방식으로 구분될 수 있다. 직접구동방식은 모터의 회전축이 드럼(134)과 직접 체결되는 것으로, 모터의 회전축과 드럼(134)의 중심이 동일 선상에 정렬된다. 직접구동방식의 세탁기(100)는 터브(132)의 후방과 캐비닛(111) 사이의 공간에 구비된 모터(141)에 의해 드럼(134)이 회전된다.
간접구동방식은 모터로부터 제공된 구동력을 전달하는 밸트(belt)나 풀리(pully) 등의 동력전달수단을 이용하여 드럼(134)을 회전시키는 것으로, 모터의 회전축과 드럼(134)의 중심이 반드시 동일 선상에 정렬될 필요는 없다.
본 발명의 세탁기(100)는 직접구동방식과 간접구동방식 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
케이싱(110)과 터브(132) 사이에는 개스킷(120)이 구비된다. 개스킷(120)은 터브(132)에 저수된 물이 터브(132)와 케이싱(110) 사이로 누설되는 것을 방지하는 것이다. 개스킷(120)의 일측은 케이싱(110)과 결합되고, 타측은 터브(132)의 개구된 전면부의 둘레를 따라 결합된다. 또한, 개스킷(120)은 터브(132)의 진동에 따라 탄성적으로 접철됨으로써 진동을 완충시키는 역할을 한다.
개스킷(120)은 다소 간의 탄력성을 갖는 변형가능한 또는 유연한 재질로 이루어질 수 있고, 천연고무 또는 합성수지를 이용하여 형성될 수 있다.
세탁기(100)는 온수를 공급하는 온수원(H.W)과, 냉수를 공급하는 냉수원(C.W)과 각각 온수호스와 냉수호스를 통해 연결되고, 온수호스와 냉수호스를 통해 유입된 물은 급수부의 제어를 통해 세제박스(114), 스팀발생장치 및/또는 와류노즐로 공급된다.
펌프(148)는 배수 밸로우즈(147)를 통해 터브(132)로부터 배출된 물을 배수호스(149)를 통해 외부로 배수시키거나, 순환호스(151)로 압송시키는 것이다. 본 실시예에서, 펌프(148)는 배수 펌프로써의 기능과 순환 펌프로써의 기능을 겸한다. 경우에 따라 다르게 배수를 위한 펌프와 순환을 위한 펌프가 별도로 구비되는 것도 물론 가능하다.
드럼(134)이 회전되는 중에는 세탁물(10)이 리프터(134a)에 의해 들어 올려졌다가 낙하하는 동작을 반복하고, 드럼이 고속 회전하는 경우, 세탁물이 드럼의 벽면에 부착되어, 원심력에 의해 세탁물에 흡수되었던 세탁수가 세탁물로부터 분리되어 드럼 내의 홀을 통해 터브로 배출됨으로써 탈수를 수행하게 된다.
컨트롤 패널(180)은 사용자로부터 코스 선택을 입력받는 코스 선택부(182)와, 사용자로부터 각종 제어명령을 입력받고 세탁기(100) 작동 상태를 표시하는 디스플레이부(184)를 포함할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 세탁기(100)는, 앞서 설명한 바와 같이 구성되고, 또한, 그 동작을 제어하기 위해, 입력부(230), 출력부(240), 감지부(220), 모터구동부(260), 모터(270), 전류감지부(280), 데이터부(250), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(210)를 포함한다.
또한, 제어부(210)는 급수밸브 및 배수밸브를 제어하고, 세탁수를 가열하기 위한 제어구성을 더 포함하고, 경우에 따라 외부와의 데이터 송수신을 위한 통신부가 구비될 수 있으나, 그에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
입력부(230)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드와 같은 입력수단을 포함하여, 전원입력, 세탁코스, 수위, 온도 등의 운전설정을 입력한다. 입력부(230)는 코스 선택부(182)를 통해 세탁코스가 선택되면, 선택된 세탁코스에 대한 데이터를 제어부로 입력한다.
출력부(240)는 입력부(230)에 의해 입력된 운전설정에 대한 정보를 표시하고, 세탁기의 동작상태를 출력하는 디스플레이부(184) 포함하고, 소정의 효과음 또는 경고음을 출력하는 스피커, 버저 등을 포함한다.
데이터부(250)에는 세탁기의 동작제어를 위한 제어 데이터, 입력되는 운전설정 데이터, 세탁코스에 대한 데이터, 세탁기의 에러 발생 여부를 판단하기 위한 기준데이터가 저장된다. 또한, 데이터부(250)에는 감지부를 통해 세탁기 동작 중 감지 또는 측정되는 데이터가 저장된다.
감지부(220)는 복수의 센서를 포함하여 세탁기의 전압 또는 전류를 측정하고, 모터의 회전속도, 세탁수의 온도, 세탁수의 수위, 급수 또는 배수되는 세탁수의 수압 등의 데이터를 감지하여 제어부(210)로 입력한다.
감지부(220)는 전류센서, 전압센서, 수위센서, 온도센서, 압력센서, 속도센서 중 적어도 하나의 센서를 복수로 구비한다.
수위센서는 드럼 또는 터브 내에 설치되어, 세탁수의 수위를 감지하여 수위데이터를 제어부(210)로 입력한다. 온도센서는 세탁수의 수온을 측정한다. 또한, 온도센서는 복수개가 상이한 위치에 설치되어 세탁수의 수온뿐 아니라, 제어회로 내부의 온도, 세탁수 히팅 또는 건조를 위한 히터가 구비되는 경우, 히터의 온도를 감지할 수 있다. 전류감지부(280)는 모터에 인가되는 전류를 측정하여 제어부(210)로 입력한다. 속도센서는 모터의 회전속도를 감지하여 제어부로 입력한다. 속도센서는 모터의 회전축에 연결되어 출력전압으로부터 속도를 감지하거나, 또는 회전축 광전센서를 설치하여 측정할 수 있고, 여기에 한정되지 않고 다양한 방식이 사용될 수 있다.
모터(270)는 드럼에 연결되어, 드럼이 회전동작하도록 동력을 제공한다. 모터(270)는 센서리스모터가 사용될 수 있다.
모터구동부(260)는 모터(270)로 동작전원을 인가한다. 모터구동부(260)는 제어부(210)의 제어명령에 대응하여, 모터가 동작 또는 정지하도록 제어하고, 또한 모터의 회전속도를 제어한다.
모터구동부(260)는 제어명령에 따라 모터(270)의 회전방향, 회전각 및 회전속도를 제어하고, 또한 설정된 세탁코스 및 진행되는 세탁, 헹굼, 탈수의 각 행정에 따라 제 모터(270)가 각각 상이하게 동작하도록 제어한다. 이때, 모터구동부(260)는 모터의 회전방향, 회전각 및 회전속도를 상이하게 제어함으로써, 드럼 내의 세탁수가 특정 형태의 수류를 형성하도록 한다.
제어부(210)는 입력부(230)로부터 입력되는 운전설정에 따라 급수 및 배수를 제어하고, 모터(270)의 동작에 따라 드럼이 회전하여 세탁이 수행되도록 제어명령을 생성하여 모터구동부(260)로 인가한다. 제어부(210)는 세탁, 헹굼, 탈수의 일련의 세탁과정을 제어한다.
제어부(210)는 입력되는 운전설정을 데이터부(250)에 저장하고, 운전설정 또는 동작상태가 출력부(240)를 통해 출력되도록 한다. 경우에 따라 제어부는, 세탁기 제어용 어플리케이션을 탑재하고 세탁기와 무선으로 연결된 단말이 존재하는 경우, 단말로 운전설정에 대한 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(210)는 세탁 수행 중, 감지부(220)의 복수의 센서로부터 입력되는 데이터, 그리고 전류감지부(280)로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 세탁이 정상적으로 수행되는지 여부를 판단하고, 이상이 발생한 경우 출력부(240)를 통해 에러를 출력한다.
예를 들어 제어부(210)는 급수 중, 급수시간 내에 세탁수의 수위가 지정된 수위에 도달하지 않는 경우, 배수중, 배수시간 내에 공수위가 되지 않는 경우, 세탁 수행중 공수위가 감지되는 경우, 세탁수의 온도가 설정온도에 도달하지 못한 경우, 일정 횟수 또는 설정시간 내에 탈수가 이루어지지 않는 경우에 대하여 에러를 판단한다.
제어부(210)는 운전설정에 따라 세탁, 헹굼, 탈수의 세탁과정이 진행되도록 각각의 제어명령을 모터구동부(260)로 인가한다. 제어부(210)는 모터 동작 시, 전류감지부(280)로부터 입력되는 전류값을 저장하여 분석하여 모터의 상태를 판단하고, 또한 드럼 내에 수용된 세탁물의 양을 판단한다. 또한, 제어부(210)는 측정되는 전류를 바탕으로 세탁물의 치우진 정도, 즉 편심(Unbalance)을 판단한다.
특히, 제어부(210)는 세탁을 시작하는 경우, 드럼이 고속으로 회전동작하는 경우, 드럼 내 세탁물의 양을 판단한다. 제어부(210)는 한번 세탁물의 양을 판단하더라도, 고속회전이 필요한 경우 고속 회전 전에 세탁물의 양을 다시 판단하여 판단된 세탁물의 양에 대응하여 드럼이 고속 회전하도록 한다. 이때 제어부(210)는 판단된 세탁물의 양에 대응하여 최대 회전속도를 변경하여 설정할 수 있다.
제어부(210)는 모터구동부에 의해 모터가 회전 동작하면, 모터의 회전속도가 단계적으로 증가 또는 감소하도록 제어명령을 모터구동부(260)로 인가하고, 모터 회전 시, 가속구간, 유지구간, 감속구간 중, 전류감지부(280)를 통해 입력되는 전류값을 분석하여 세탁물의 양을 판단한다.
제어부(210)는 모터가 회전하는 동안에 드럼 내에 작용하는 중력과 관성의 힘과, 모터 제동 시 발생하는 역기전력을 산출하여, 세탁물의 양을 판단한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기에서, 세탁물에 작용하는 힘을 설명하는데 참조되는 도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(210)는 세탁물의 양을 판단하는데 있어서, 드럼 내의 작용하는 힘을 이용하여 세탁물의 양을 판단한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 세탁물이 투입된 드럼에는, 다양한 힘이 작용한다.
세탁기는, 회전동작을 통해 세탁물로부터 이물질은 분리하고 세탁물에 흡수된 세탁수를 제거하는 것이므로, 드럼 회전을 위한 모터토크, 관성토크,마찰토크, 부하토크가 작용하게 된다.
모터토크는 드럼에 연결된 모터를 회전동작시키기 위해 가해지는 힘이고, 관성토크는 회전 중, 가속 또는 감속하는 경우 기존의 운동상태(회전)를 유지하고자 하는 관성에 의해 방해하는 힘이며, 드럼과 세탁물, 도어와 세탁물, 또는 세탁물 간의 마찰로 인해 회전을 방해하는 힘이고, 부하토크는 세탁물의 무게에 의해 회전을 방해하는 힘이다.
이하, 세탁기는, 모터 기동 시 세탁물의 양을 판단하는 것이 아니라, 회전동작 중에 세탁물을 판단하는 것이므로, 각도 θm에 세탁물에 작용하는 힘을 예로 하여 설명한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 모터토크(Te)는 모터 동작 시 필요한 힘이므로, 관성토크, 마찰토크, 부하토크가 합산된 값으로 나타난다. 모터토크(Te)는 세탁물을 들어올리는 힘(F)에 터브의 반지름(r)을 곱한 값이 된다.
도 4의(b)와 같이, 관성토크(Jm)는 회전동작 중 가속 또는 감속하는 경우 드럼 및 세탁물의 분포에 따른 관성의 힘으로 회전동작을 방해하는 힘으로 작용한다.
이때, 관성토크는 질량(m), 드럼의 반지름의 제곱에 비례한다.
도 4의 (c)와 같이, 마찰토크(Bm)는 세탁물과 터브, 세탁물과 도어 사이에 작용하는 마찰력이므로, 회전속도(Wm)에 비례한다. 마찰토크는 마찰계수와 회전속도의 곱으로 산출할 수 있다.
도 4의 (d)와 같이, 부하토크(TL)는 기동시 세탁물의 분포에 따라 작용하는 중력으로, 세탁물의 무게(질량m), 중력가속도(g), 드럼의 반지름(r), 각도(θm)로부터 산출될 수 있다.
각도(θm)에서, 세탁물에 작용하는 힘은 중력(g)에 의한 힘Fg가 작용하나, 드럼이 회전하고 있으므로 중력에 sin(θm)을 곱한 값으로 산출할 수 있다. 중력에 의한 힘 Fg는 중력가속도와 드럼의 반지름, 질량으로 결정된다.
드럼이 회전하는 중, 이와 같이 모터토크, 관성토크, 마찰토크, 부하토크가 동시에 작용하고, 이러한 힘의 성분은 모터의 전류값에 반영되므로, 제어부(210)는 모터 동작 중 전류감지부를 통해 측정되는 전류값을 이용하여 세탁물의 양을 산출한다.
모터토크의 경우 무게에 의한 중력의 영향이 크고, 일정 무게 이상이 되는 경우 해상도가 낮아지는 문제점이 있다. 즉 세탁물의 양이 일정 크기 이상으로 증가하게 되면, 세탁물의 양이 증가할수록 무게에 따른 변별력이 감소한다.
마찰토크는 세탁물와 도어의 마찰, 세탁물이 도어에 끼는 경우 그 값의 변화가 커지므로, 산포가 발생한다. 특히 세탁물의 양이 증가하게 되면, 마찰토크의 산포를 크게 증가한다.
부하토크는 세탁물의 움직임으로 인해 그 값에 편차가 발생한다. 또한, 부하토크의 경우 세탁물의 무게가 일정 크기 이상이 되면 세탁물의 움직임이 감소하므로, 오히려 부하토크가 감소하는 역전현상이 발생한다.
반면, 관성토크는 세탁물의 유동에 영향을 받기는 하나, 세탁물의 양(무게)에 대해 선형성을 나타내므로 세탁물의 양을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
이때, 관성토크는 유지하고자 하는 힘이므로, 가속 또는 감속 시 작용하게 된다. 즉, 가속구간과 감속구간에는 관성토크가 작용하나, 회전속도를 일정하게 유지하는 경우 관성토크를 작용하지 않고, 중력에 의한, 모터토크, 마찰토크 그리고 부하토크가 작용하게 된다.
관성토크에 대한 특성은 가속구간과 감속구간의 데이터에서 유지구간의 데이터를 제외시켜 산출할 수 있다. 관성은, 가속구간의 전류값과 감속구간의 전류값에서 유지구간의 전류값을 감산한 후, 시간당 속도변화량, 즉 가속도로 나눈 후, 역기전력을 곱하여 산출할 수 있다.
따라서 세탁기는 가속구간 및 감속구간과 유지구간에 작용하는 힘을 분석하여 관성토크를 바탕으로 세탁물의 양을 판단하고, 또한 세탁물의 양에 따른 중력의 힘을 유지구간에서 산출하며, 또한 감속구간에서 제동에 의한 역기전력을 산출하여 세탁물의 양을 산출할 수 있다.
또한, 세탁기는 모터 회전동작 중에 전류값을 측정하여 포량감지값을 산출하므로, 기동 시 모터의 위치정렬로 인한 오차를 배제할 수 있고, 또한 유지구간을 통해 부하 상태의 변화, 즉 세탁물이 불규칙하게 유동하지 않고, 일정한 상태로 유동함에 따라, 부하의 변동으로 인한 오차를 최소화할 수 있다.
이때, 세탁기는, 유지구간의 포량 감지값 산출을 위한 포량데이터와, 가속 및 감속구간의 포량 감지값 산출을 위한 포량데이터를 각각 상이하게 적용한다. 유지구간의 경우 관성특성이 포함되지 않고, 가속구간과 감속구간에서는 관성이 작용하므로, 각각 상이한 데이터를 바탕으로 포량감지값을 산출하여 상호 비교분석함으로써, 최종 세탁물의 양을 판단한다.
앞서 설명한 바와 같이 제어부(210)는 모터 동작 중 작용하는 관성토크를 산출하여 세탁물의 양을 판단하므로, 모터의 회전속도를 일정 회전속도까지 증가시킨 후, 모터가 가속하거나 또는 감속하도록 제어한다. 제어부(210)는 모터의 회전속도에 따라 유지구간과 가속구간, 감속구간으로 구분하고, 모터 동작 중 각 구간에서 측정되는 전류값을 이용하여 세탁물의 양을 판단한다.
제어부(210)는 저속의 유지구간에서 중력에 영향을 받는, 마찰토크와 부하토크를 이용한 세탁물의 양을 산출하고, 유지구간으로부터 가속하여 유지구간보다 빠른 회전속도에서 관성토크의 특성이 강조되도록 하여 가속구간에서 관성에 의한 세탁물의 양을 판단할 수 있다. 또한, 제어부의 감속구간에서 역기전력을 산출하여 세탁물의 양을 판단한다. 역기전력은 모터 제동 시, 모터로부터 반대방향으로 형성되는 전류에 의한 기전력이다.
제어부(210)는 구간에 따른 전류의 평균에 역기전력을 곱하여 포량을 산출하되, 가속구간에 대한 포량은 관성토크에 따른 포량데이터를 참조하고, 유지구간에 대한 포량은 중력토크에 대한 포량데이터를 참조하여, 비교 분석한다. 또한, 제어부(210)는 모터의 종류 또는 성능에 따른 특성이 역기전력에 반영되므로, 이를 보상하기 위해서 역기전력을 포량 산출에 사용한다.
그에 따라 제어부(210)는 가속구간의 전류값에서 유지구간의 전류값을 감산한 후, 역기전력을 곱하여 세탁물의 양을 산출할 수 있다. 1차 유지구간과 2차 유지구간을 모두 반영하되, 1차 유지구간과 2차 유지구간의 평균을 가속구간의 전류값으로 부터 감산하여 세탁물의 양을 판단할 수 있다. 제어부(210)는 모터가 회전속도를 유지, 가속, 감속하는 동작을 반복하는 동안, 측정되는 전류값을 구간별로 저장한 후, 각 구간 별 평균을 산출하여, 세탁물의 양을 판단한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기에서, 세탁물의 양 측정 시, 모터의 속도변화를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(210)는 세탁물의 양을 판단하기 위해, 모터의 회전속도를 제어한다.
제어부(210)는 가속구간과 유지구간의 전류값을 비교하고, 감속구간에서 역기전력을 산출하여 세탁물의 양을 판단한다.
제어부(210)는 세탁물의 양을 판단하기 위해, 모터구동부(260)로 제어명령을 인가하여 모터의 회전속도를 제 1 내지 제 4 속도로 제어하며, 제 1 속도 내지 제 4 속도에 대하여 단계적으로, 유지, 가속, 감속되도록 제어명령을 생성하여 모터구동부로 인가한다.
또한, 제어부(210)는 모터의 회전속도를 제 1 속도 내지 제 4 속도 범위에서 제어하되, 회전속도를 가속, 유지, 감속하는 동작이 일정 횟수 반복되도록 제어한다.
전류감지부(280)는 모터의 회전속도가 제 1 속도 내지 제 4 속도 범위에서 제어되는 동안, 회전속도가 가속, 유지, 감속되는 구간의 전류값을 측정하여 제어부(210)로 입력한다.
제어부(210)는, 모터가 저속으로 동작하지만 드럼은 정지된 것처럼 보이는 회전속도로써 정지상태와는 다르게 세탁물이 일정한 형태를 유지하는 회전속도를 제 1 속도(S1)로 설정하고, 세탁물이 회전하는 드럼 내에서 굴러가는 상태(텀블)가 되는 회전속도를 제 2 속도(S2)로 설정한다. 이때, 제 1 속도는 모터가 동작을 하고 있는 상태이므로, 정지상태에서 기동하는 것과 비교하여 모터기동으로 인하여 측정값의 산포가 증가하는 것을 방지하면서, 거의 정지한 것과 같은 상태이므로 중력에 의한 영향은 크게 작용하므로, 중력토크를 산출하기 용이하다.
제어부(210)는 모터의 회전에 의해 드럼 내에 작용하는 원심력과 중력이 동일해지는 회전속도로써, 세탁물이 드럼의 벽면에 부착되지 않고 낙하하여 세탁물의 유동이 가장 많은 상태에서의 회전속도를 제 3 속도(S3)로 설정한다.
또한, 제어부(210)는 모터의 회전속도가 증가함에 따라, 드럼 내 원심력의 작용으로, 세탁물이 드럼의 벽면에 부착되기 시작하는 회전속도로, 세탁물의 일부가 드럼의 벽면에 부착되어 드럼과 함께 회전하고, 일부는 드럼의 회전에 의해 들어 올려졌다 낙하하는 상태의 회전속도를 제 4 속도(S4)로 설정한다.
예를 들어 제 1 속도는 30 rpm 미만으로, 약 20 rpm 내지 25 rpm 이고, 제 2 속도는 30 rpm 내지 40 rpm, 제 3 속도는 45 rpm 내지 55 rpm, 제 4 속도는 60 rpm 내지 70 rpm으로 설정될 수 있다. 제 1 속도 내지 제 4 속도는 드럼의 크기 또는 모터의 종류 및 성능에 따라 차이가 있을 수 있다.
모터구동부(260)는 제어명령에 대응하여, 모터구동부(260)는 제 0 시간(t0)에 모터(270)를 기동하여, 모터의 회전속도가 제 2 속도(S2)에 도달하기까지 가속시킨다. 모터구동부(260)는 모터가 제 2 속도(S2)를 유지하도록 일정시간 제 1 시간 내지 제 2 시간(t1 내지 t2) 동안 제어한다. 이때, 세탁물은 제 2 속도가 유지되는 동안, 드럼의 회전에 의해 굴러다니는 상태가 되므로 세탁물이 분산된다.
모터구동부(260)는 제 2 시간(t2)에 모터의 회전속도를 제 1 속도(S1)로 감속한다. 이때 제 2 속도는 저속에 해당하고, 제 1 속도까지 단시간에 감속되므로, 도면에는 제 2시간에 즉시 감속되는 것으로 도시하였고, 제 1 속도에서 제 2 속도로 가속하는 경우에도 단시간에 가속되므로, 즉시 속도가 증가하는 것으로 도시하였다.
제 1 속도는 앞서 설명한 바와 같이, 모터가 동작하기는 하나, 드럼이 정지한 것과 같이 상태로써, 모터 기동 시, 제어할 수 있는 최소 회전속도보다 낮은 속도이므로 제 2 속도까지 가속한 후에 제 1 속도로 감속한다.
제 1 속도(S1) 감속 후, 모터구동부(260)는 제 1 속도를 제 2 시간(t2) 내지 제 3시간(t3)동안 유지한다. 전류감지부(280)는 제 2 시간(t2) 내지 제 3시간(t3)동안의 제 1 유지구간(D01)에 대한 동작중인 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다.
제 1 속도에서 드럼 내, 세탁물은 크게 이동하지는 않으나, 일정한 형태를 유지하게 된다. 또한, 드럼은 정지한 것과 같은 상태이기는 하나 모터는 동작하고 있고 세탁물은 일정한 형태를 유지하므로, 중력토크 산출이 용이하다.
모터구동부(260)는 제 3 시간(t3)에 모터의 회전속도를 제 2 속도로 가속하고 제 2 속도를 제 3 시간 내지 제 4 시간(t3 내지 t4) 동안 유지한다.
다른 가속구간이나 유지구간에 비해 상대적으로 짧은 시간이므로 제 3시간으로 도시하였으나, 짧은시간이기는 하나 제 1 가속구간(D02)이 존재한다. 전류감지부(280)는 제 3 시간(t3)의 제 1 가속구간(D02)에 대한 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다.
또한, 전류감지부(280)는 제 3 시간 내지 제 4 시간(t3 내지 t4) 동안의 제 2 유지구간(D03)에 대한 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다.
제 4 시간(t4)에, 모터구동부(260)는 모터의 회전속도는 제 3 속도(S3)까지 가속하고, 제 3 속도에 도달하면, 제 5 시간 내지 제 6 시간(t5 내지 t6) 동안 제 3 속도를 유지한다.
전류감지부(280)는 제 4 시간 내지 제 5 시간(t4 내지 t5)의 제 2 가속구간(D04)과, 제 5 시간 내지 제 6 시간(t5 내지 t6) 동안의 제 3 유지구간(D05)에 대하여, 각각 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다.
모터구동부(260)는 일정시간 경과 후, 제 6 시간(t6)에, 모터를 가속하여 회전속도를 제 4 속도(S4)가지 가속하고 제 7 시간(t7)에 제 4 속도에 도달하면, 제 4 속도가 유지되도록 한다.
모터구동부(260)는 일정시간 제 4 속도가 유지된 후, 제 8 시간(t8)에 제 2 속도까지 감속한다.
전류감지부(280)는 제 6 시간(t6) 내지 제 7 시간(t7)의 제 3 가속구간에 대한 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다. 또한, 전류감지부(280)는 제 8 시간 내지 제 9시간(t8 내지 t9)의 감속구간(D08)에 대하여 모터의 전류를 감지하여 제어부로 입력한다.
단, 전류감지부(280)는 제 7 내지 제 8시간의 제 4 유지구간에 대한 데이터를 측정하지 않는다. 유지구간의 전류값은, 앞서 설명한 바와 같이 중력특성에 따른 세탁물의 양을 산출하기 위한 것이고, 또한, 가속구간의 관성특성을 산출하기 위해 사용되는 것이며, 저속의 유지구간에서 중력특성이 보다 잘 나타나므로, 제 1 내지 제 3 유지구간의 데이터를 사용하는 것이 바람직하다.
모터구동부(260)는 모터의 회전속도가, 제 2 속도로 일정시간 유지되도록 하고(D09), 제 1 속도로 감속한다(D10).
이때, 모터구동부(260)는 제 4 속도에서 제 1 속도로 즉시 감속하지 않고, 제 2 속도로 감속한 후에 제 1 속도로 감속한다. 이는 제 1 속도까지 감속한 후, 다시 가속하는 경우에는 모터를 정지시킨 후 재기동하는 것과 유사하므로, 제 2 속도까지 감속한 후 제 1 속도로 단계적으로 감속시킨 후, 다시 단계적으로 가속시키는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 속도로 감속한 후 일정시간 제 2 속도가 유지되도록 함으로써, 포분산을 수행할 수 있어, 세탁물의 엉킴이나 치우침으로 인한 세탁물의 양의 편차를 감소시킬 수 있다.
도 6 은 도 5 의 모터의 속도변화를 이용하여 세탁물의 양을 감지하는 방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
앞서 설명한 도 5와 같이 제어부(210)는 모터의 회전속도는 제1 속도 내지 제 4 속도의 범위 내에서 단계적으로 제어하면서 포분산(C1 내지 C3)과 포량감지(B1 내지 B3)의 동작이 반복 수행되도록 모터구동부로 제어명령을 인가한다.
모터구동부(260)는 제어명령에 대응하여, 모터구동부(260)는 제 0 시간(t0)에 모터를 기동하여, 모터의 회전속도가 제 2 속도(S2)에 도달하기까지 가속시키고, 모터가 제 2 속도(S2)를 유지하도록 일정시간 제 1 시간 내지 제 2 시간(t1 내지 t2) 동안 제어한다.
제 2 속도 유지 시, 드럼 내 세탁물은 드럼의 회전에 의해 굴러가는 상태가 되어 세탁물이 분산됨에 따라, 1차 포분산(C1)이 수행된다.
모터구동부(260)는 포분산 후, 세탁물의 양을 판단하기 위한 1차 포량감지(B1)를 수행한다.
모터구동부(260)는 제 2 시간(t2)에 모터의 회전속도를 제 1 속도(S1)로 감속한다. 이때 제 2 속도는 저속에 해당하고, 제 1 속도까지 단시간에 감속되므로, 도면에는 제 2시간에 즉시 감속되는 것으로 도시하였고, 제 1 속도에서 제 2 속도로 가속하는 경우에도 단시간에 가속되므로, 즉시 속도가 증가하는 것으로 도시하였다.
제 1 속도(S1) 감속 후, 모터구동부(260)는 제 1 속도를 일정시간, 제 2 시간(t2) 내지 제 3시간(t3)동안 유지한다. 이때 제 1 속도에서 드럼 내, 세탁물은 크게 이동하지는 않으나, 일정한 형태를 유지하게 된다.
모터구동부(260)는 제 3 시간(t3)에 모터의 회전속도를 제 2 속도로 가속하고 제 2 속도를 제 3 시간 내지 제 4 시간(t3 내지 t4) 동안 유지한다.
제 4 시간(t4)에, 모터구동부(260)는 모터의 회전속도는 제 3 속도(S3)까지 가속하고, 제 3 속도에 도달하면, 제 5 시간 내지 제 6 시간(t5 내지 t6) 동안 제 3 속도를 유지한다.
모터구동부(260)는 일정시간 경과 후, 제 6 시간(t6)에, 모터를 가속하여 회전속도를 제 4 속도(S4)가지 가속하고 제 7 시간(t7)에 제 4 속도에 도달하면, 제 4 속도가 유지되도록 한다.
모터구동부(260)는 일정시간 제 4 속도가 유지된 후, 제 8 시간(t8)에 제 2 속도까지 감속한다.
모터구동부(260)는 제 9 시간(t9)에 제 2 속도에 도달하면, 제 2 속도가 제 10 시간(t10)까지 유지되도록 한다. 이때, 세탁물은 드럼의 회전에 의해 굴러가는 상태가 되어 포분산이 수행된다(C2)
제어부(210)는 제 2 시간 내지 제 9시간까지 1차 포량감지(B01)를 수행하고는 동안, 전류감지부(280)로부터 각각 유지구간, 가속구간, 감속구간에 대한 전류값을 입력받는다. 수신된 데이터는 데이터부에 저장된다.
제어부(210)는 제 2 시간 내지 제 9시간의 포량감지동작을 수행한 후, 앞서 설명한 바와 같이, 포분산(C2)을 수행하고, 다시 제 10시간부터 2차 포량감지(B2)를 수행한다.
제어부는 포분산과, 포량감지를 위한 동작이 설정횟수 반복되도록 한다.
그에 따라 제 10 시간 내지 제 18시간(t10 내지 t18)동안 2차 포량감지가 수행되고, 제 18시간 내지 제19시간(t18 내지 t19) 동안, 3차 포분산이 수행된 후, 제 19시간 내지 제 27시간(t27)에 3차 포량감지가 수행된 후, 모터는 동작을 정지한다.
이때, 포량감지를 3회 수행하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 그 횟수는 변경될 수 있다. 또한, 제어부는 드럼의 회전 중 세탁물의 치우침으로 인한 진동의 크기가 크지 않으므로, 편심은 고려하지 않고 세탁물의 양을 판단한다.
제어부(210)는 설정횟수 감지가 완료되면, 수신된 전류값을 구간별, 유지구간, 가속구간, 감속구간으로 구분하여, 평균과 역기전력을 산출하고 그에 따라 세탁물의 양의 판단한다.
제어부(210)는 세탁물의 양을 판단한 후, 세탁물의 양을 바탕으로 다음 동작을 수행하도록 모터구동부를 제어한다. 또한, 제어부(210)는 세탁물의 양에 대응하여 편심에 대한 한계값을 설정할 수 있다.
예를 들어 제어부(210)는 세탁물의 양을 바탕으로 탈수 최고속도를 설정하고 모터구동부(260)로 제어명령을 인가한다. 그에 따라 세탁기는 설정된 최고속도로 드럼을 회전시켜 탈수를 수행한다. 이때, 탈수는 세탁 후 탈수, 헹굼 후 탈수, 최종 탈수를 포함한다.
도 7은 본 발명의 세탁기의 세탁물의 양 측정을 위한 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(210)는 세탁을 시작하는 경우, 고속회전하는 탈수에 진입하기 전, 세탁물의 양을 감지한다. 제어부(210)는 세탁물의 양을 감지하기 위해, 모터를 제어하는 제어명령을 모터구동부(260)로 인가한다.
모터구동부(260)는 제어부(210)로부터 입력되는 제어명령에 대응하여, 모터(270)로 동작전원을 인가하고, 그에 따라 모터가 구동한다(S310). 모터에 연결된 드럼은 모터의 구동으로 회전동작하고, 내부에 수용된 세탁물은 드럼이 회전함에 따라 유동한다.
모터구동부(260)는 모터(270)를 제 2 속도까지 가속한다(S320).
모터(270)의 회전속도가 제 2 속도(S2)에 도달하면, 모터구동부(260)는 설정시간 동안 제 2 속도를 유지한다(S330). 이때, 제 2 속도는 드럼 내 세탁물이 벽면에 부착되지 않고, 굴러다니는 상태(텀블)에서의 회전속도이다. 그에 따라 세탁물이 분산된다(C).
모터구동부(260)는 제 2 속도 유지 후, 모터의 회전속도를 제 1 속도(S1)로 감속한다(S340).
제어부는 모터를 제 1속도부터 제어하는 경우, 제 1 속도가 모터 기동을 제어하기 위한 속도 이하로 이상이 발생할 수 있으므로, 제 2 속도까지 가속 한 후, 제 1 속도로 감속하도록 한다.
이때, 제 1 속도에서 세탁물에 대한 중력특성이 크게 작용하므로 제어부(210)는 제 1 속도부터 제 4 속도까지 단계적으로 모터의 회전속도를 제어하여, 유지구간의 중력특성과 가속구간의 가속특성을 이용하여 세탁물의 양을 측정한다. 또한, 제 1 속도는 제 2 속도보다 저속으로, 모터는 도장하나 드럼이 정지한 것과 같은 상태로, 저속이기는 하나 회전하므로 세탁물은 일정한 형태를 유지하게 된다.
모터구동부(260)는 제 1 속도 내지 제 4 속도에 대하여, 제어부의 제어명령에 따라, 일정시간 유지 후 단계적으로 가속하도록 제어하고, 전류감지부는 모터의 회전속도가 변화하는 동안 유지구간과 가속구간에 대한 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S350).
제 4 속도까지 가속하여 모터의 회전속도가 제 4 속도에 도달하면, 모터구동부(260)는 모터를 제동하여 제 2 속도까지 회전속도를 감속시킨다(S300). 이때 전류감지부는 감속구간의 전류를 측정하여 데이터를 제어부로 입력한다.
제어부(210)는 제 1 속도 내지 제 4 속도까지 모터의 회전속도를 단계적으로 제어한 후, 제 2 속도로 감속하는 포량감지(B) 동작을 설정횟수 반복하도록 모터구동부를 제어한다.
모터구동부는 설정횟수(n)에 도달하지 않은 경우, 제 2 속도로 감속하여 포분산을 수행하고(S330)(C), 제 1 속도까지 감속한 후, 회전속도를 단계적으로 유지하거나 가속하여 포량감지(S350 내지 S360)(B)을 수행한다.
포분산(C)과 포량감지(B)가 설정횟수 수행되면, 모터구동부(260)는 모터를 감속시켜 정지시킨다(S380).
제어부(210)는 포량감지(B)가 설정횟수 수행되는 동안, 전류감지부를 통해 입력된 전류값을 바탕으로, 세탁물의 양을 판단한다.
제어부(210)는 속도가 유지되는 유지구간과, 회전속도가 증가하는 가속구간의 데이터에 대하여 각각 평균을 산출하고, 가속구간의 데이터로부터 유지구간의 데이터를 감산하여 가속구간의 관성특성을 산출하고, 유지구간의 중력특성을 고려하여 세탁물의 양을 판단한다. 이때, 각각 관성특성에 대한 세탁물의 양과 중력특성에 따른 세탁물의 양은 그 특성에 따라 상이한 기준 데이터로부터 세탁물의 양을 산출한다. 특히 제어부(210)는 전류값에 감속구간의 역기전력을 곱하여 세탁물의 양을 판단하기 위한 포량감지값을 산출한다. 제어부(210)는 포량감지값을 기준데이터와 비교하여 세탁물의 양을 판단할 수 있다.
도 8 는 도 7 의 세탁물의 양 측정 시, 모터의 회전속도를 제어하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 포량감지(B) 동작 시, 모터의 회전속도를 다음과 같이 제어된다.
모터구동부(260)는 제어명령에 대응하여, 제 2 속도가 유지되는 포분산(C)이 수행된 이후, 제 1 속도로 감속한다(S410). 제 1 속도부터 제어하지 않고 제 2 속도로 제어한 후 제 1 속도로 감속하는 것은 앞서 설명한 바와 같이 회전속도를 보다 쉽게 제어하기 위한 것이고, 또한 제 2 속도가 유지됨에 따라 세탁물이 분산되어 세탁물의 유동이 일정해 지므로, 세탁물의 양 산출에 따른 편차를 감소시킬 수 있다.
모터구동부(260)는 제 1 속도를 일정시간 유지하고, 전류감지부(280)는 제 1 유지구간(D01)에서 모터의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S420).
또한, 모터구동부(260)는 제 1 속도를 제 2 속도까지 가속하고, 전류감지부는 제1 가속구간(D02)의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S430). 이때 제 2 가속구간은 다른 구간에 비해 짧은 시간이다.
모터구동부(260)는 제 2 속도에 도달하면, 제 2 속도를 일정시간 유지하고, 전류감지부(280)는 제 2 유지구간(D03)에서 모터의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S440).
또한, 모터구동부(260)는 제 2 속도를 제 3 속도까지 가속하고, 전류감지부는 제 2 가속구간(D04)의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S450).
모터구동부(260)는 제 3 속도에 도달하면, 제 3 속도를 일정시간 유지하고, 전류감지부(280)는 제 3 유지구간(D05)에서 모터의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S460).
또한, 모터구동부(260)는 제 3 속도를 제 4 속도까지 가속하고, 전류감지부는 제 3 가속구간(D06)의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다(S470).
모터구동부(260)는 제 4 속도 도달 시, 제 4 속도를 일정시간 유지한다(S480). 경우에 따라 모터구동부(260)는 제 4 속도에 도달하면, 제 4 속도를 유지하지 않고 제 2 속도로 감속할 수 있다.
모터를 제동하여 제 4 속도로부터 제 2 속도까지 모터의 회전속도가 감소하도록 한다(S490). 전류감지부(280)는 감속구간(D07)에서 모터의 전류를 측정하여 제어부로 입력한다.
제어부(210)는 제 1 내지 제 3 유지구간과, 제 1 내지 제 3 가속구간, 그리고 감속구간의 데이터를 각각 입력받아 저장하고, 포량감지가 설정횟수 반복된 후, 구간별 평균과 역기전력을 산출하여 세탁물의 양을 판단한다.
도 9 는 본 발명의 세탁물의 종류에 따른 세탁물의 양 측정 결과가 도시된 도이다.
도 9의 (a)는 종래의 포량 판단방법에 따른 세탁물의 종류별, 포량 감지값이 도시된 도이고, 도 9의 (b)는 본 발명의 포량 판단방법에 따른 세탁물의 종류별 포량 감지값이 도시된 도이다.
도 9의 (a)와 같이, 종래의 세탁기는, 세탁물의 양 판단 시, 무부하인 상태와 티셔츠의 구분이 불가능했다.
또한, 가을잠바(추잠바)와 무게별 타올, 그리고 겨울잠바(동잠바)의 감지값의 범위가 중첩되므로, 각각을 구분하기 어려우며, 양이 많아질수록 감지값에 대한 산포가 증가하여 포량 판단에 어려움이 있었다.
한편, 도 9의 (b)와 같이, 본 발명의 세탁기는 유지구간, 가속구간 및 감속구간의 전류값을 바탕으로, 각각 중력과 관성의 특성을 고려하고 역기전력을 이용하여 모터 특성에 따른 오차를 보상함으로써, 세탁물의 종류에 다른 감지값의 구분이 보다 쉬워 짐을 알 수 있다.
그에 따라 본 발명은, 모터 기동 시의 전류를 측정하는 것이 아니라, 회전동작하는 모터에 대하여 회전속도가 유지되는 유지구간, 가속구간, 감속구간을 구분하여 전류를 측정하고, 역기전력을 산출하여 세탁물의 양을 판단함으로써, 기동 시 전류의 불안전성을 배제할 수 있고, 세탁물의 유동으로 인한 산포를 최소화하며, 관성특성을 이용하여 보다 정확하게 세탁물의 양을 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은, 저속에서 회전속도를 단계적으로 제어함으로써, 고속회전시 편심에 의해 발생하는 진동을 고려하지 않아도 세탁물의 양을 판단할 수 있고, 또한, 저속에서 중력특성에 의한 세탁물의 양과 가속구간의 관성특성을 이용할 수 있으므로 정확한 세탁물의 양 판단이 가능해 진다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
100: 세탁기
132: 터브 134: 드럼
210: 제어부 220: 감지부
260: 모터구동부 270: 모터
280: 전류감지부

Claims (19)

  1. 드럼에 연결되어 드럼을 회전시키는 모터;
    상기 모터로 동작전원을 인가하여 상기 모터가 동작 또는 정지하도록 하고, 상기 모터의 회전속도를 제어하는 모터구동부;
    동작중인 상기 모터의 전류를 측정하는 전류감지부;
    상기 드럼 내에 수용된 세탁물의 양을 판단하기 위해, 상기 모터를 제어하기 위한 제어명령을 상기 모터구동부를 인가하고, 상기 전류감지부로부터 입력되는 전류값으로부터 상기 세탁물의 양을 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 모터구동부는 상기 제어명령에 대응하여, 상기 모터가 일정 속도 범위 내에서 회전속도를 유지하고, 가속 및 감속하는 것을 반복하도록 상기 모터를 제어하고,
    상기 제어부는 상기 세탁물이 이동하지 않고 일정한 형태를 형성하는 저속의 제 1 속도로부터 상기 세탁물의 일부가 상기 드럼의 벽면에 부착되고 일부는 유동하는 제 4 속도의 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도를 단계적으로 제어하고, 상기 전류감지부로부터 입력되는 전류값을 회전속도에 대한 유지구간, 가속구간, 감속구간으로 구분하고, 구간별 상기 전류값을 분석하여, 상기 세탁물의 양을 산출하며,
    상기 모터구동부는 상기 제어명령에 대응하여,
    상기 모터의 회전속도를 상기 제 1 속도로 제 1 유지구간 동안 유지한 후, 제 2 속도까지 가속하고,
    상기 제 2 속도에 도달 한 후, 상기 제 2 속도가 제 2 유지구간 동안 유지되도록 한 후, 제 3 속도까지 가속하며,
    상기 제 3 속도에 도달하면, 제 3 유지구간 동안 상기 제 3 속도를 유지 한 후, 상기 제 4 속도까지 가속하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터구동부는 상기 제 1 속도 내지 상기 제 4 속도의 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도를 유지하고, 단계적으로 가속한 후, 감속하여 상기 세탁물의 양을 측정하기 위한 포량감지동작을 수행하고, 상기 포량감지동작을 설정횟수 반복하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 제 1 속도 내지 제 4 속도에 대한 포량감지동작 후, 포분산이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터구동부는 상기 모터의 회전속도가 상기 제 4 속도에 도달하면, 상기 모터를 제동하여, 상기 모터의 회전속도를 상기 제 2 속도까지 감속한 후, 상기 제 2 속도로부터 상기 제 1 속도로 감속되도록 하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모터구동부는 상기 모터의 회전속도가 상기 제 2 속도에 도달하면, 상기 제 2 속도를 일정시간 유지하여 상기 세탁물을 분산시킨 후, 상기 제 1 속도로 감속되도록 하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터구동부는 상기 모터 기동 시, 정지상태의 상기 모터를 상기 제 2 속도까지 가속한 후, 상기 제 1 속도로 감속하고,
    상기 제 1 속도로부터 단계적으로 상기 모터의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 모터가 저속으로 동작하지만 상기 드럼은 정지된 것처럼 보이는 회전속도로써, 상기 드럼의 저속 회전에 의해 상기 세탁물이 일정한 형태를 유지하는 회전속도를 상기 제 1 속도로 설정하고,
    상기 세탁물이 상기 드럼 내에서 굴러가는 상태(텀블)가 되는 회전속도를 상기 제 2 속도로 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 모터의 회전에 의해 드럼 내에 작용하는 원심력과 중력이 동일해지는 회전속도로써, 상기 세탁물이 드럼의 벽면에 부착되지 않고 낙하하여 세탁물의 유동이 가장 많은 상태가 되는 회전속도를 상기 제 3 속도로 설정하고,
    상기 세탁물이 드럼의 벽면에 부착되기 시작하는 회전속도로써, 상기 세탁물의 일부가 상기 드럼의 벽면에 부착되어 상기 드럼과 함께 회전하고, 일부는 상기 드럼의 회전에 의해 들어 올려졌다 낙하하는 상태의 회전속도를 상기 제 4 속도로 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 속도로부터 상기 제 2 속도까지의 제 1 가속구간, 상기 제 2 속도로부터 제 3 속도까지의 제 2 가속구간, 및 상기 제 3 속도로부터 상기 제 4 속도까지의 제 3 가속구간에 대한 전류값과, 상기 제 1 내지 제 3 유지구간의 전류값으로부터 관성특성에 대한 데이터를 산출하고,
    상기 제 1 내지 제 3 유지구간의 전류값으로부터 중력특성에 대한 데이터를 산출하며, 상기 제 4 속도로부터 감속하는 감속구간으로부터 역기전력을 산출하여 상기 세탁물의 양을 판단하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 내지 제 3 가속구간의 전류값으로부터 상기 제 1 내지 제 3 유지구간의 전류값을 감산하여 가속구간의 관성특성에 대한 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 유지구간, 상기 가속구간 및 상기 감속구간에 대하여, 구간별 전류값의 평균에, 상기 감속구간에서 산출되는 역기전력을 곱하여 상기 세탁물의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  13. 드럼에 수용된 세탁물의 양을 판단하기 위해, 모터를 기동하는 기동단계;
    상기 세탁물을 분산시키는 포분산단계;
    상기 세탁물이 이동하지 않고 일정한 형태를 형성하는 저속의 제 1 속도로부터 상기 세탁물의 일부가 상기 드럼의 벽면에 부착되고 일부는 유동하는 제 4 속도의 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도를 유지, 가속 및 감속하여 회전속도를 제어하는 포량감지단계;
    상기 포량감지단계 및, 상기 포분산단계를 설정횟수 반복하는 반복단계; 및
    상기 제 1 속도 내지 상기 제 4 속도 범위 내에서, 상기 모터의 회전속도가 유지되는 유지구간, 가속하는 가속구간, 감속하는 감속구간에 대하여, 전류감지부로부터 입력되는 전류값을 구간별로 분석하여 상기 세탁물의 양을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 모터의 회전속도를 상기 제 1 속도로 제 1 유지구간 동안 유지하는 제 1 유지단계;
    상기 모터의 회전속도를 제 2 속도까지 가속하는 제 1 가속단계;
    상기 모터의 회전속도가 상기 제 2 속도에 도달하면, 상기 제 2 속도가 제 2 유지구간 동안 유지되도록 하는 제 2 유지단계;
    상기 제 2 속도로부터 제 3 속도까지 가속하는 제 2 가속단계;
    상기 모터의 회전속도가 상기 제 3 속도에 도달하면, 제 3 유지구간 동안 상기 제 3 속도를 유지하는 제 3 유지단계; 및
    상기 제 4 속도까지 가속하는 단계를 더 포함하는 세탁기의 제어방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 모터의 회전속도가 상기 제 4 속도에 도달하면, 상기 모터를 제동하여, 상기 모터의 회전속도를 상기 제 2 속도까지 감속하는 감속단계; 및
    상기 제 2 속도로부터 상기 제 1 속도로 감속하는 단계를 더 포함하는 세탁기의 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터를 제동하여, 상기 모터의 회전속도가 상기 제 2 속도에 도달하면, 상기 제 2 속도를 일정시간 유지하여 상기 포분산단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 제어방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기동단계는,
    정지된 상기 모터를 기동하여 상기 제 2 속도까지 가속하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 속도를 유지하며 상기 포분산단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 제어방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 포분산단계 후,
    상기 제 2 속도로부터 상기 제 1 속도로 감속하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 속도로부터 상기 포량감지단계가 시작되도록 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 제어방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 세탁물의 양 산출단계는,
    상기 유지단계, 상기 가속단계, 상기 감속단계에서 측정되는 전류값의 평균에 상기 감속단계의 전류값으로부터 산출되는 역기전력을 곱하여 상기 세탁물의 양을 판단하기 위한 포량감지값을 산출하는 단계를 것을 특징으로 하는 세탁기의 제어방법.
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